Υπεύθυνος εργαστηριακού μαθήματος: Στ. Μπογιατζής
Με τι ασχολείται το εργαστηριακό μάθημα; Με το εργαστηριακό μάθημα Επιστήμης Υλικών ΙΙ οι σπουδαστές θα έρθουν σε επαφή με τις χημικές κυρίως ιδιότητες: (α) των φυσικής προέλευσης οργανικών υλικών που απαντώνται στα Μουσειακά αντικείμενα (β) των (συνθετικών κυρίως) οργανικών υλικών που χρησιμοποιούνται στη συντήρηση
ΤΑ οργανικά υλικά κατασκευής των μουσειακών αντικειμένων Θα εξεταστούν οι ιδιότητες μερικών από τα πιο συνήθη υλικά που απαντώνται στα έργα τέχνης και τις αρχαιότητες: Λιπαρών υλών Πρωτεϊνικών υλικών Υδατανθράκων Οργανικών χρωστικών (βαφών)
Τα οργανικά υλικά της συντήρησης Ο συντηρητής χρησιμοποιεί μια πληθώρα από διαθέσιμα υλικά για τις ανάγκες καθαρισμού, στερέωσης, επικάλυψης, συγκόλλησης των αντικειμένων που συντηρεί. Στο εργαστήριο θα εξεταστούν: Οι διαλύτες Τα πολυμερή
Το εργαστήριο Το εργαστήριο στο οποίο θα ασκούνται οι σπουδαστές είναι, σε γενικές γραμμές, ένα τυπικό εργαστήριο οργανικής χημείας στο οποίο θα δίνεται έμφαση στις ιδιότητες υλικών που σχηματίζονται από οργανικά μόρια. Σε ένα εργαστήριο εντοπίζουμε τους πάγκους Τον/τους απαγωγούς Τον/τους πυροσβεστήρες Την ειδική ντουσιέρα ανάγκης και το σύτστημα οφθαλμόλουτρου
Ο Απαγωγός Ο σκοπός του απαγωγού σε ένα εργαστηριακό χώρο είναι Να προστατέψει τον εργαζόμενο Να προστατέψει την εργασία που εκτελείται (π.χ. αντίδραση, διαλυτοποίηση, εκχύλιση, καθαρισμός με διαλύτες, κλπ.) Να προστατέψει το περιβάλλον από ανεπιθύμητα προϊόντα ή υλικά που χρησιμοποιούνται
Ο Απαγωγός Σε ένα απαγωγό ελέγχουμε πάντα: Να λειτουργεί το σύστημα εξαερισμού, Να κινείται χωρίς προβλήματα το γυάλινο προστατευτικό παράθυρο. Ποια είναι τα χημικά που είναι αποθηκευμένα στον εσωτερικό πάγκο του, αλλά και στα κάτω ντουλάπια.
Η ασφάλεια στο εργαστήριο Το απαραίτητα απαιτούμενο στον εργαστηριακό χώρο αποτελεί η ασφάλεια των εργαζομένων και των ασκουμένων. Πάντα φοράμε τη λευκή εργαστηριακή μπλούζα (ή ποδιά) Πάντα φοράμε τα προστατευτικά γυαλιά Πάντα κρατούμε καθαρό και τακτικό τον χώρο (ή πάγκο) εργασίας Απαγορεύεται οποιαδήποτε κατανάλωση τροφής ή ποτού. Ντύσιμο: προσεκτικό (όχι τακούνια, μακριά φορέματα ή φούστες, και γενικά αποφεύγεται ο,τιδήποτε δυσκολεύει τις κινήσεις μας και που μπορεί να προκαλέσει ατύχημα) Τα μακριά μαλλιά ενέχουν κίνδυνο. Προτείνεται το μάζεμά τους. Κάπνισμα; (Μάλλον θα αστειευόμαστε!)
Η ασφάλεια στο εργαστήριο Ο χειρισμός των σκευών και των χημικών υλών πρέπει να γίνεται με προσοχή: Τα δοχεία με πτητικά υγρά (οξέα, οργανικοί διαλύτες, κλπ.) βρίσκονται πάντα κλειστά στον απαγωγό. Τα ανοίγουμε ΣΤΙΓΜΙΑΙΑ για να μεταφέρουμε μια ποσότητα σε άλλο δοχείο για τις ανάγκες της άσκησης και στη συνέχεια τα κλείνουμε αμέσως. Ποτέ δεν αφήνουμε γυάλινη (ή άλλη) φιάλη/φιαλίδιο, ποτήρι ζέσεως ή άλλο δοχείο χωρίς αντίστοιχη ταμπέλα που να περιγράφει το περιεχόμενο. Κατά κανόνα δουλεύουμε στον απαγωγό τις χημικές αντιδράσεις, όλους τους χειρισμούς με οργανικούς διαλύτες και θέρμανση οποιασδήποτε εύφλεκτης ύλης. Οι διαλύτες μετά τη χρήση τους απορρίπτονται σε ειδικό δοχείο «απορριπτόμενων διαλυτών» που φέρει ειδική ταμπέλα.
Η ασφάλεια στο εργαστήριο: μέθοδοι θέρμανσης Για τη θέρμανση διαλυμάτων προτιμούμε ηλεκτρικές θερμαντικές πλάκες ή/και θερμαντικούς μανδύες Σε περίπτωση που δεν διαθέτουμε ηλεκτρικά θερμαντικά, χρησιμοποιούμε λύχνο Bunsen. Αποφεύγουμε τη θέρμανση διαλυμάτων απευθείας με φλόγα. Παρεμβάλλουμε πάντα πλέγμα αμιάντου Προτιμούμε να κάνουμε τη θέρμανση όλων των διαλυμάτων στον απαγωγό!
Μέθοδοι θέρμανσης Λύχνος Bunsen και τρίποδο με πλέγμα αμιάντου
Μέθοδοι θέρμανσης 5 6 4 3 2 1 7 8 9 11 5 6 4 7 8 3 2 9 1 10 Θερμαντική πλάκα (συχνά με ενσωματωμένο μαγνητικό αναδευτήρα)
Μέθοδοι θέρμανσης Θερμομανδύας (κατάλληλος για θέρμανση σφαιρικών φιαλών)
Η ασφάλεια στο εργαστήριο Ο καλύτερος τρόπος να αποφεύγονται τα ατυχήματα είναι να έχουμε από πριν καταγράψει τις ανάγκες κάθε άσκησης Δίνουμε έμφαση στα «ψιλά γράμματα» σε μια διαδικασία που ακολουθούμε ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: όταν διαβάζουμε «η αντίδραση είναι πολύ εξώθερμη», αυτό σημαίνει ότι όταν αναμίξουμε δυο διαλύματα με σκοπό την αντίδρασή τους, το μεγάλο ποσό θερμότητας που εκλύεται μπορεί να εκτινάξει επικίνδυνα σταγονίδια, διαλυτών, οξέων, οξειδωτικών κλπ. Ισχυρά εξώθερμες μπορεί να είναι και οι απλές αναμίξεις με σκοπό τη διαλυτοποίηση. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: η διαλυτοποίηση θειικού οξέος στο νερό. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι οι εκρήξεις είναι ισχυρά εξώθερμες και ταχύτατες αντιδράσεις.
Προειδοποιητικές πινακίδες Στη συσκευασία των υλικών συχνά επικολλούνται προειδοποιητικά σήματα όπως αυτά που φαίνονται δίπλα για να υποδηλώσουν τον βαθμό επικινδυνότητας μιας ουσίας ή ενός υλικού. Πριν χρησιμοποιήσουμε ένα δοχείο με κάποια χημική ουσία (διαλύτη, οξύ, βάση, οξειδωτικό, κλπ.) ΕΛΕΓΧΟΥΜΕ ΠΑΝΤΑ τη σχετική ταμπέλα που είναι κολλημένη στα τοιχώματα.
Επικίνδυνα υλικά Διαβρωτικά (δραστικές χημικές ουσίες (οξέα, βάσεις, οξειδωτικά) Τοξικά (κίνδυνοι για την υγεία) Βιολογικώς επικίνδυνες ουσίες Εύφλεκτες ουσίες (συνήθως οργανικοί διαλύτες)
Το σύστημα NFPA Κίνδυνος για την υγεία Κίνδυνος φωτιάς Χημική δραστικότητα Συχνά ακολουθείται το σύστημα NFPA (National Fire Protection Association) για την κατάδειξη των πιθανών κινδύνων σε ένα εργαστήριο. Τέσσερις κύριες κατηγορίες κινδύνων εμφανίζονται σε ένα ρόμβο χωρισμένο σε τέσσερις ίσες περιοχές με χρώματα: μπλε (υγεία), κόκκινο (φωτιά), κίτρινο (δραστικότητα) και λευκό (ειδικοί κίνδυνοι) Σε κάθε χρώμα υπάρχει ένας αριθμός από το 0 (χαμηλότερος κίνδυνος) μέχρι το 4 (ύψιστος κίνδυνος) Ειδικοί κίνδυνοι (π.χ. οξειδωτικά, επικίνδυνη αντίδραση με το νερό, ουσίες που προκαλούν ασφυξία, κπ.)
Παραδείγματα στο σύστημα NFPA Αιθανόλη (κοινό οινόπνευμα): κίνδυνος φωτιάς 3, οι άλλοι κίνδυνοι: 0 Ακετόνη (συχνός διαλύτης): κίνδυνος φωτιάς 3, κίνδυνος υγείας 1, οι άλλοι κίνδυνοι 0. http://en.wikipedia.org/wiki/nfpa_704
Ο κίνδυνος της φωτιάς Ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους σε ένα εργαστήριο χημείας είναι η φωτιά. Για οποιοδήποτε τύπο φωτιάς ισχύει το «τετράεδρο της φωτιάς». Στις 4 κορυφές του τετραέδρου αντιστοιχούνται: ένα καύσιμο, ένα οξειδωτικό, μια πηγή ανάφλεξης και ένας μηχανισμός αντίδρασης Τα μέτρα πυρόσβεσης ή και προφύλαξης από τη φωτιά συνίστανται στην εκμηδένιση κάποιου από τα τέσσερα στοιχεία Η συχνότερη μέθοδος αφορά την απομάκρυνση της πηγής ανάφλεξης από το καύσιμο μηχανισμός αντίδρασης πηγή ανάφλεξης καύσιμο οξειδωτικό
Αιτίες φωτιάς: Γενικά Ως εύφλεκτα υλικά (καύσιμα) συνήθως θεωρούνται οι περισσότεροι οργανικοί διαλύτες. Αναφλέγονται σε υψηλή θερμοκρασία (ιδιαίτερη για κάθε ουσία) όταν έρθουν σε επαφή με ένα μέσο ανάφλεξης όπως το οξυγόνο. Ουσίες με ειδική δραστικότητα, π.χ. μεταλλικό νάτριο και μαγνήσιο, τα οποία αντιδρούν βίαια με το νερό, ή οργανικά αντιδραστήρια όπως το n- βουτυλο-λίθιο που επίσης αντιδρά βίαια με το νερό.
Είδη φωτιάς Τύπου Α: φωτιές με καύσιμα (π.χ. ξύλο, λάστιχο, ύφασμα, ορισμένα πλαστικά) που μετά το τέλος της καύσης αφήνουν υπόλειμμα με τη μορφή στάχτης Τύπου Β: φωτιές με υγρά και αέρια καύσιμα (π.χ. πετρέλαιο, βενζίνη, διαλυτικό χρωμάτων, προπάνιο, κλπ.) Τύπου C: φωτιές που προέρχονται από ηλεκτρικά αίτια (γυμνά καλώδια, κινητήρες, υπολογιστές. Τύπου D: φωτιές από δραστικά μέταλλα (π.χ. νάτριο, μαγνήσιο) και δραστικά με το νερό αντιδραστήρια (βουτυλ-λίθιο, αντιδραστήριο Grignard)
Εύφλεκτα υλικά: Θερμοκρασία ανάφλεξης (flash point) Θερμοκρασία ανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία που μπορεί μια ουσία να σχηματίζει αναφλέξιμο μείγμα με τον αέρα. Ο κίνδυνος φωτιάς είναι μεγαλύτερος όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης Η φωτιά μπορεί να σταματήσει όταν απομακρυνθεί το αίτιο ανάφλεξης (σπινθήρας, φλόγα) Καύσιμο Θερμοκρασία ανάφλεξης Αιθανόλη (70%) 16.6 C Βενζίνη κίνησης 43 C Πετρέλαιο (ντίζελ) >62 C Καύσιμο κινητήρων τζετ Κηροζίνη (παραφίνη) >60 C >38 72 C Φυτικό λάδι 327 C Βιο-ντίζελ >130 C
Εύφλεκτα υλικά: Θερμοκρασία καύσης (fire point) Θερμοκρασία καύσης είναι ό,τι και η θερμοκρασία ανάφλεξης, με τη διαφορά ότι εδώ η φωτιά διαρκεί αφού απομακρυνθεί το αίτιο ανάφλεξης. Ο κίνδυνος φωτιάς είναι μεγαλύτερος όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης Υγρά με θερμοκρασίες ανάφλεξης ή καύσης κάτω από 60 C θεωρούνται εύφλεκτα.
Εύφλεκτα υλικά: Θερμοκρασία αυτοανάφλεξης (self-ignition temperature) Θερμοκρασία αυτό-ανάφλεξης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία που μπορεί μια ουσία να σχηματίζει αναφλέξιμο μείγμα με τον αέρα χωρίς αίτιο ανάφλεξης. Επειδή ΔΕΝ απαιτείται αίτιο ανάφλεξης (π.χ. σπινθήρας) σημαίνει ότι μια ουσία με χαμηλή θερμοκρασία αυτό-ανάφλεξης είναι ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ. Ο κίνδυνος φωτιάς είναι μεγαλύτερος όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία αυτο-ανάφλεξης. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ο λευκός φώσφορος είναι ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ επικίνδυνος με σημείο αυτόανάφλεξης 34 C (!) Καύσιμο Αιθανόλη (70%) 363 C Βενζίνη κίνησης 280 C Πετρέλαιο (ντίζελ) 210 C Καύσιμο κινητήρων τζετ 210 C Κηροζίνη (παραφίνη) 220 C Λευκός φώσφορος 34 C Θερμοκρασία αυτό-ανάφλεξης
Πως σβήνουμε μια φωτιά Υπάρχουν πολλά μέσα πυρόσβεσης τα οποία λειτουργούν με διαφορετικούς μηχανισμούς Νερό: δρα μειώνοντας τη θερμοκρασία στο σημείο ανάφλεξης. Κατάλληλο για φωτιές τύπου Α CO 2 : δρα πυροσβεστικά αποκλείοντας το οξυγόνο από το σημείο ανάφλεξης. Κατάλληλο κυρίως για φωτιές τύπου Β και C Ξηρά χημικά και πυροσβεστήρες που περιέχουν χλωράνθρακες, βρωμιάνθρακες (τύπου Halon ) οι οποίοι είναι πολύ καταστρεπτικοί για το όζον της ατμόσφαιρας, και χλωροφθοράνθρακες. Δρουν δεσμεύοντας το οξυγόνο στο σημείο ανάφλεξης. Πολύ αποτελεσματικά κυρίως για φωτιές τύπου B και C. Αφροί (foams): δρουν σχηματίζοντας προστατευτικό φιλμ γύρω από τα υλικά στο σημείο ανάφλεξης. Κατάλληλα για φωτιές τύπου Α και Β. Έχουν αναπτυχθεί και ορισμένα πυροσβεστικά μέσα για φωτιές τύπου D (π.χ. το υλικό «Arctic Fire» και «FireAid». ΠΟΤΕ δεν προσπαθούμε να σβήσουμε φωτιά τύπου D με νερό! Αντίθετα θα αυξήσει την ανάφλεξη!
Συνήθη σκεύη σε ένα εργαστήριο οργανικής χημείας και επιστήμης υλικών Ποτήρι ζέσεως Κωνική φιάλη (ή φιάλη Erlenmeyer) με εσμυρισμένο πώμα Σφαιρική φιάλη με εσμυρισμένο πώμα
Μέσα συμπύκνωσης ατμών Ψυκτήρες (ή στήλες συμπύκνωσης ατμών): τρία διαφορετικά είδη. Προλαμβάνουν την εξάτμιση διαλυτών.
Σκεύη και όργανα σε ένα εργαστήριο οργανικής χημείας και επιστήμης υλικών Χρήση θερμομέτρου σε συσκευή απόσταξης θερμόμετρα
Σκεύη σε ένα εργαστήριο οργανικής χημείας και επιστήμης υλικών 0 10 20 30 40 50 Προχοΐδα και βάση στήριξης Διαχωριστική χοάνη
Σκεύη σε ένα εργαστήριο οργανικής χημείας και επιστήμης υλικών Σύστημα διήθησης υπό κενό Προς αντλία κενού, ή υδραντλία) http://orgchem.colorado.edu/ccce/frame/images/handbook.pdf
Βιβλιογραφία - Πηγές ΥΓΕΙΑ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΣΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ, Ελληνικό ινστιτούτο υγιεινής και ασφάλειας της εργασίας, Θεματικό βιβλιογραφικό δελτίο (http://www.elinyae.gr/el/lib_file_upload/ergastiria_23.1329912062328.pdf ) Αθ. Βαλαβανίδη, Βασικές Αρχές Υγιεινής και Ασφάλειας σε Χημικά και Βιοχημικά Εργαστήρια. Πληροφορίες για Επικίνδυνες Χημικές Ουσίες, Τμήμα Χημείας Πανεπιστημίου Αθηνών, 2007 (http://www.chem.uoa.gr/courses/organiki_1/val_hyg_asfaleia.htm ) Laboratory Safety Manual, Harvard University, Department of Chemistry and Chemical Biology, 2012 Laboratory Manual, MIT, Department of Chemistry, IAP2013 Safety in the Laboratory, University of Colorado (http://orgchem.colorado.edu/ccce/frame/images/handbook.pdf